課程設(shè)計 ----工件搬運(yùn)單元電氣控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　電氣控制與PLC</b></p><p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p>　　題 目 工件搬運(yùn)單元電氣控制系統(tǒng) </p><p>　　系（院） 機(jī) 械 工 程 學(xué)院 </p><

2、;p>　　年 級 2006級 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動化 </p><p>　　班 級 學(xué) 號 </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.設(shè)計任務(wù)書1</b></p><p>

3、<b>　　1.1設(shè)備概況1</b></p><p><b>　　1.2控制要求1</b></p><p><b>　　1.3設(shè)計任務(wù)2</b></p><p>　　2控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案2</p><p>　　2.1總體設(shè)計方案說明2</p><

4、p>　　2.1.1 PLC設(shè)計的總體思路：2</p><p>　　2.1.2整個設(shè)計過程的總體步驟：3</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)的電氣原理圖3</p><p>　　2.2.1控制系統(tǒng)原理框圖3</p><p>　　2.2.2 控制系統(tǒng)的PLC原理圖4</p><p>　　2.2.3 控制系統(tǒng)

5、的氣動原理圖6</p><p>　　3.PLC的選擇及技術(shù)參數(shù)7</p><p>　　4控制系統(tǒng)的程序設(shè)計9</p><p>　　4.1 PLC編程軟件的選擇9</p><p>　　4.2 PLC程序的編寫9</p><p>　　4.2.1 PLC程序設(shè)計流程圖9</p><p>　

6、　4.2.2 PLC控制梯形圖程序11</p><p>　　5. PLC程序的調(diào)試22</p><p>　　6. 設(shè)計心得 23</p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b></p><p><b>　

7、　1.1設(shè)備概況</b></p><p>　　本單元的功能是通過三自由度機(jī)械手將工件從上一個工作站向下一個工作站傳送，工件抓取采用真空吸力實現(xiàn)。在上一個單元的鉆孔檢測中不合格的工件可以在這里被踢出。本單元設(shè)有多個按鈕和旋鈕，其中運(yùn)行按鈕：使系統(tǒng)開始或繼續(xù)運(yùn)行；復(fù)位按鈕：開始運(yùn)行前使系統(tǒng)回到復(fù)位狀態(tài)；功能按鈕：按下則表示工件為不合格工件，將會被剔除；自動/單步雙向旋鈕和單機(jī)/聯(lián)網(wǎng)雙向按鈕：用于選擇系統(tǒng)進(jìn)

8、入單步程序，自動程序或聯(lián)網(wǎng)程序；暫停按鈕：使系統(tǒng)暫停運(yùn)行；急停按鈕：使系統(tǒng)緊急停止，防止意外發(fā)生；退出按鈕：用于系統(tǒng)急停后退出急停狀態(tài)。</p><p><b>　　1.2控制要求</b></p><p>　　本單元有單步運(yùn)行、自動運(yùn)行以及聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行3種運(yùn)行方式可供選擇?？梢酝ㄟ^旋鈕選擇運(yùn)行方式。單步運(yùn)行是將本單元的動作分解成8步來完成，每按一次運(yùn)行鍵執(zhí)行1步動作，方便

9、老師講解以及學(xué)生試驗。要完成好電氣控制的設(shè)計任務(wù)，除掌握必要的電氣設(shè)計基礎(chǔ)知識外，還必須經(jīng)過反復(fù)實踐，深入現(xiàn)場，將不斷積累的經(jīng)驗應(yīng)用到設(shè)計中來。其中第1步：回轉(zhuǎn)臂向左擺；第2步：水平臂伸出，然后垂直臂伸出；第3步：真空閥打開，將工件吸起；第4步：垂直臂縮回，然后水平臂縮回；第5步：回轉(zhuǎn)臂向右擺；第6步：水平臂伸出，然后垂直臂伸出；第7步：真空閥斷，將工件放置到下一個單元；第8步：垂直臂縮回，然后水平臂縮回，恢復(fù)初始位置，如此就完成了一個

10、動作循環(huán)。如果有工件不合格信號，則第6步水平臂不會伸出，第7步真空閥斷，工件直接被放入廢料槽中。自動運(yùn)行就是將這些動作連起來運(yùn)行，只需按一次運(yùn)行鍵就完成一個動作循環(huán)。如果選擇聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行就是使本單元進(jìn)入聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，動作將不受按鈕控制（急停按鈕除外），由上機(jī)組態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)控制。</p><p><b>　　技術(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　工作壓力：0.3mpa-0.8m

11、pa；I/O端口：14輸入/10輸出</p><p>　　表1.1 工件搬運(yùn)單元輸入輸出元件</p><p><b>　　1.3設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　1.3.1根據(jù)控制要求，對分類存儲及立體倉庫單元硬件電路設(shè)計，包括主電路、控制電路及PLC硬件配置電路。</p><p>　　1.3.2根據(jù)控制要求，編制分

12、類存儲及立體倉庫單元PLC系統(tǒng)電路圖。</p><p>　　1.3.3編寫設(shè)計說明書，內(nèi)容包括：</p><p>　　（1）設(shè)計過程和有關(guān)說明</p><p>　?。?）基于PLC的工件搬運(yùn)單元電路圖</p><p>　　（3）PLC控制程序</p><p>　?。?）電器元器件的選擇和有關(guān)計算</p>

13、<p>　?。?）電氣設(shè)備明細(xì)表</p><p>　?。?）參考資料，參考書及參考手冊</p><p>　?。?）其他需要說明的問題，例如操作說明書、程序的調(diào)試過程、遇到的問題和解決問題辦法、對課程設(shè)計的認(rèn)識和建議。</p><p>　　2.控制系統(tǒng)總體設(shè)計方案</p><p><b>　　2.1總體方案說明</b&

14、gt;</p><p>　　2.1.1 PLC設(shè)計的總體思路：</p><p>　　本次設(shè)計PLC程序的編制方法采用較常用的梯形圖程序設(shè)計法。該方法的好處是形象、直觀、易于使用、條理清楚，而且之后調(diào)試與修改也較為方便。</p><p>　　梯形圖的設(shè)計方法常有經(jīng)驗法、根據(jù)繼電器電路圖設(shè)計法、順序控制設(shè)計法。對于類似本次設(shè)計那樣，需控制較多變量而且動作較多的情況，順序

15、控制設(shè)計法因為直觀和條理性較強(qiáng)的優(yōu)勢，是首選的方法。因此，接下來的設(shè)計工作就是根據(jù)順序功能圖將實現(xiàn)裝置基本動作的程序編制出來。</p><p>　　2.1.2 整個設(shè)計過程的總體步驟：</p><p>　　1.明確控制對象，列出輸入輸出列表，畫出電路圖。 </p><p>　　2.明確控制要求，畫出動作順序圖和順序功能圖。 </p><p>

16、　　3.參考查閱資料完成PLC程序編寫。 </p><p>　　4.將程序輸入電腦，并與PLC聯(lián)機(jī)。下載程序 </p><p>　　5.調(diào)試PLC程序，修改優(yōu)化。 </p><p>　　6.編寫課程設(shè)計說明書。</p><p>　　2.2 控制系統(tǒng)的電氣原理圖</p><p>　　2.2.1控制系統(tǒng)原理框圖</p

17、><p>　　依照控制系統(tǒng)的具體要求，設(shè)計控制系統(tǒng)原理框圖如圖2.1所示：</p><p>　　通過操作臺上的各種按鈕﹑旋鈕，向西門子S7200PLC發(fā)出指令（也可以通過PC機(jī)上的PLC軟件或按鈕發(fā)送）；信號可由PLC處理并通過標(biāo)準(zhǔn)的傳輸數(shù)據(jù)線傳遞，實現(xiàn)控制電磁閥的動作，從而控制氣缸的動作使其能夠完成系統(tǒng)的設(shè)計要求，同時各種傳感器也通過數(shù)據(jù)線向PLC傳遞開關(guān)信號，操作臺上的各種指示燈可以指示P

18、LC的工作狀態(tài)，即使得操作人員方便得知系統(tǒng)運(yùn)作的各種情況。</p><p>　　圖2.1控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　此次設(shè)計中除了要讓系統(tǒng)在PLC的控制下完成以上要求的動作，使得操作人員可以系統(tǒng)進(jìn)行操作。此外，遇到緊急情況時也可采取相應(yīng)措施。</p><p>　　2.2.2 控制系統(tǒng)PLC原理圖</p><p>　　PLC具有結(jié)構(gòu)簡

19、單、編程方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于工業(yè)過程和位置的自動控制中。PLC是專門為工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境而設(shè)計的控制裝置，在設(shè)計和制造過程中采用了多層次抗干擾和精選元件措施，故具有較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣工業(yè)環(huán)境的能力、運(yùn)行穩(wěn)定性和較高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工業(yè)環(huán)境使用。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計要求，即確定了PLC的輸入輸出如表2.1所示，PLC的原理圖如圖2.2所示：</p><p>　　表2.1 I/O列表

20、</p><p>　　圖2.2 PLC的原理圖</p><p>　　2.2.3 控制系統(tǒng)氣動原理圖</p><p>　　根據(jù)所選的各種氣動執(zhí)行元件的工作原理和本單元所要完成的動作要求，繪制出工件搬運(yùn)單元的氣動原理圖，見圖2.3。壓縮空氣由空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生，經(jīng)過冷卻器降溫；經(jīng)過油水分離器和過濾器去掉空氣中的雜質(zhì)；經(jīng)過減壓閥使氣流變得緩和；壓縮空氣經(jīng)過手動閥時，當(dāng)手動閥

21、在左位時，氣動系統(tǒng)將不能控制各個氣缸的正常運(yùn)作；而當(dāng)手動閥在右位時，各個氣缸可按照系統(tǒng)的設(shè)計要求完成指定。</p><p>　　圖2.3 控制系統(tǒng)氣動原理圖</p><p>　　表2.2 電磁鐵工作情況表</p><p>　　3.PLC的選擇及技術(shù)參數(shù)</p><p>　　目前市場上最受好評的PLC品牌有：西門子、歐姆龍、三菱等。目前中國市場

22、上應(yīng)用最廣泛的PLC品牌是三菱，但相比之下西門子PLC較三菱的性能更加優(yōu)越，所以本次系統(tǒng)設(shè)計中選用的PLC品牌是西門子。</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)動作要求明確了PLC所需要的輸入輸出個數(shù)為：輸出為10個，輸入為14個。因為本控制系統(tǒng)的動作比較簡單，可以使用小型PLC。該設(shè)備選用的是西門子S7-200 CPU224型PLC，這類型適用于小型自動控制系統(tǒng)，且具有反應(yīng)快，可擴(kuò)展，價格便宜的優(yōu)點(diǎn)。PLC的具體技術(shù)參數(shù)

23、如表3.1所示：</p><p>　　表3.1 PLC性能參數(shù)表</p><p>　　4 控制系統(tǒng)的程序設(shè)計</p><p>　　4.1 PLC編程軟件的選擇</p><p>　　本次設(shè)計中PLC的編程軟件選擇西門子S7系列PLC編程專用軟件Step7。</p><p>　　STEP 7編程軟件用于西門子系列工控產(chǎn)品

24、包括SIMATIC S7、M7、C7和基于PC的WinAC,是供它們編程、監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具，是SIMATIC工業(yè)軟件的重要組成部分。STEP 7具有以下功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測試、啟動和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。STEP 7的所有功能均有大量的在線幫助，用鼠標(biāo)打開或選中某一對象，按F1可以得到該對象的在線幫助。</p><p>　　在STEP 7中，用項目來管理一個自動化系統(tǒng)的

25、硬件和軟件。STEP 7用SIMATIC管理器對項目進(jìn)行集中管理，它可以方便地瀏覽SIMATIC S7、M7、C7和WinAC的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)STEP 7各種功能所需的SIMATIC軟件工具都集成在STEP 7中。</p><p>　　4.2 PLC程序的編寫</p><p>　　4.2.1 PLC程序設(shè)計流程圖</p><p>　　設(shè)計中采用的是“步”的流程編程思想，

26、這種編程思想的具有調(diào)試方便以及機(jī)器的動作可靠等優(yōu)點(diǎn)。由以上要求得出流程圖如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 PLC程序設(shè)計流程圖</p><p>　　4.2.2 PLC程序設(shè)計流程圖</p><p>　　5. PLC程序的調(diào)試</p><p>　　一個PLC程序的設(shè)計，只是編輯完成還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因為程序的編輯者往往會有許多的疏漏，使

27、得PLC在實際的運(yùn)行當(dāng)中不能夠按照指定的運(yùn)行軌跡來完成動作指令；又或者是編程者想象的結(jié)果與實際PLC的反應(yīng)不相同。這樣就需要對程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)試，進(jìn)過不斷地調(diào)試才能最終得出滿足系統(tǒng)設(shè)計的程序來。</p><p>　　在程序的調(diào)試過程中碰到的問題有：</p><p>　　程序調(diào)試時發(fā)現(xiàn)復(fù)位流程未結(jié)束亦可再按運(yùn)行按鈕啟動系統(tǒng)進(jìn)行正常運(yùn)作。其中原因主要是因為沒有限制啟動的條件。</p>

28、;<p>　　運(yùn)行程序時由于有些輸出的觸發(fā)條件相同，又不允許這兩個輸出同時執(zhí)行，這種情況下就必須用到自鎖的編程手段。程序編制如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 PLC自鎖程序梯形圖</p><p>　　運(yùn)行程序時擺動氣缸左擺時氣缸左右擺動不定，造成這一現(xiàn)象的主要原因是應(yīng)為程序的開始沒有關(guān)閉所有不運(yùn)行的程序，在該流程的線路上接上控制通斷的開關(guān)，將其關(guān)閉后徹底解決了這

29、個問題。</p><p><b>　　6.設(shè)計心得</b></p><p>　　本次課程設(shè)計根據(jù)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計的基本原則，完成了PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計。本次設(shè)計對PLC自動化控制技術(shù)以及利用編程軟件STEP7.0實現(xiàn)對西門子PLC梯形圖的編制應(yīng)用做了探討與研究。實踐證明這種編程方法是一種較為理想的方法。它是一種先進(jìn)的設(shè)計方法，很容易被初學(xué)者接受，對于有經(jīng)驗的工程師，

30、也會提高設(shè)計的效率，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很方便。</p><p>　　通過這次對工件搬運(yùn)單元所要求的搬運(yùn)能力以及正品廢品的區(qū)分能力的PLC控制，讓我了解了plc梯形圖、指令表、外部接線圖有了更好的了解，也讓我了解了關(guān)于PLC設(shè)計原理。本次設(shè)計，既讓我懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。在本次設(shè)計中，還需要大量的以前沒有學(xué)到過的知識，于是圖書館成了我們很好的助手,不知不

31、覺中查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。</p><p>　　雖然本次課程設(shè)計是要求自己獨(dú)立解決，但是，還是脫離不了集體的力量，遇到問題和老師同學(xué)互相討論交流討論。本次課程設(shè)計是在王建平老師和胡朝斌老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。在做課程設(shè)計的過程中總是遇到這樣或那樣的問題，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在

32、其中建立起來了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強(qiáng)了信心。在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我們受益非淺。</p><p><b>　　7.參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1何衍慶主編 常用PLC應(yīng)用手冊 北京：電子工業(yè)出版社 2008.3</p><p>　　[2] 粱濤 現(xiàn)代電氣控制技術(shù) 重慶：重慶大學(xué)出版社，

33、2006</p><p>　　[3] 王永華編著 現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù) 北京航空航天出版社 2008.2</p><p>　　[4] 魏克新.自動控制綜合應(yīng)用技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[5] 蔡崧著 傳感器與PLC編程技術(shù)基礎(chǔ) 北京：電子工業(yè)出版社, 2005</p><p>　　[6] 廖常初.PLC